iptables的應用

摘要：本文介紹linux2.4.x內核中的防火牆工具--iptables的原理與配置，同時還給出了實際運用的例子，在文章的最後歸納了iptables與ipchains的區別。

一、概述

從1.1內核開始，linux就已經具有包過慮功能了，在2.0的內核中我們採用ipfwadm來操作內核包過慮規則。之後在2.2內核中，採用了大家並不陌生的ipchains來控制內核包過慮規則。現在最新linux內核版本是2.4.1，在2.4內核中我們不再使用ipchains，而是採用一個全新的內核包過慮管理工具--iptables。這個全新的內核包過慮工具將使用戶更易於理解其工作原理，更容易被使用，當然也將具有更爲強大的功能。

我們說過iptables只是一個管理內核包過慮的工具，iptables 可以加入、插入或刪除核心包過濾表格(鏈)中的規則。實際上真正來執行這些過慮規則的是netfilter(Linux 核心中一個通用架構)及其相關模塊(如iptables模塊和nat模塊),下面我們一起來看看netfilter的工作原理。

二、原理

netfilter是Linux 核心中一個通用架構，它提供了一系列的"表"(tables)，每個表由若干"鏈"(chains)組成，而每條鏈中可以有一條或數條規則(rule)組成。我們可以這樣來理解，netfilter是表的容器，表是鏈的容器，而鏈又是規則的容器(如圖一所示)。

系統缺省的表爲"filter"，該表中包含了INPUT、FORWARD和OUTPUT 3個鏈。每一條鏈中可以有一條或數條規則，每一條規則都是這樣定義的“如果數據包頭符合這樣的條件，就這樣處理這個數據包”。當一個數據包到達一個鏈時，系統就會從第一條規則開始檢查，看是否符合該規則所定義的條件: 如果滿足,系統將根據該條規則所定義的方法處理該數據包；如果不滿足則繼續檢查下一條規則。最後，如果該數據包不符合該鏈中任一條規則的話，系統就會根據該鏈預先定義的策略(policy)來處理該數據包。

數據包在filter表中的流程如圖二所示。有數據包進入系統時，系統首先根據路由表決定將數據包發給哪一條鏈，則可能有三種情況：

1. 如果數據包的目的地址是本機，則系統將數據包送往INPUT鏈，如果通過規則檢查，則該包被髮給相應的本地進程處理；如果沒通過規則檢查，系統就會將這個包丟掉；

2. 如果數據包的目的地址不是本機，也就是說，這個包將被轉發，則系統將數據包送往FORWARD鏈，如果通過規則檢查，則該包被髮給相應的本地進程處理；如果沒通過規則檢查，系統就會將這個包丟掉；

3. 如果數據包是由本地系統進程產生的，則系統將其送往OUTPUT鏈，如果通過規則檢查，則該包被髮給相應的本地進程處理；如果沒通過規則檢查，系統就會將這個包丟掉。

從以上我們可以看出，netfilter比起以前的ipfwadm和ipchains思路上清晰了好多，也好理解了好多，這對於原先對ipfwadm和ipchains總是感到一頭霧水的用戶來說無疑是一個福音。

三、準備工作

1. 系統需求

netfilter要求內核版本不低於2.3.5，在編譯新內核時，要求選擇和netfilter相關的項目。這些項目通常都是位於“Networking options”子項下。以2.4.0內核爲例，我們應該選中的項目有：

[*] Kernel/User netlink socket

[ ] Routing messages

<*> Netlink device emulation

[*] Network packet filtering (replaces ipchains)

.......

然後，在“IP: Netfilter Configuration ---->”選中：

Connection tracking (required for masq/NAT)

FTP protocol support

IP tables support (required for filtering/masq/NAT)

limit match support

MAC address match support

Netfilter MARK match support

Multiple port match support

TOS match support

Connection state match support

Packet filtering

REJECT target support

Full NAT

MASQUERADE target support

REDIRECT target support

Packet mangling

TOS target support

MARK target support

LOG target support

ipchains (2.2-style) support

ipfwadm (2.0-style) support

其中最後兩個項目可以不選，但是如果你比較懷念ipchains或者ipfwadm，你也可以將其選中，以便在2.4內核中使用ipchians或ipfwadm。但是需要注意的是，iptables是和ipchians/ipfwadm相對立的，在使用iptables的同時就不能同時使用ipchains/ipfwadm。編譯成功後，這些模塊文件都位於以下目錄中

/lib/modules/2.4.0/kernel/net/ipv4/netfilter

編譯2.4.0的新內核時還應該注意要在“Processor type and features”中選擇和你的CPU相對應的正確的CPU選項，否則新內核可能無法正常工作。

2. 載入模塊

要使用iptables，還必須載入相關模塊。可以使用以下命令載入相關模塊：

#modprobe iptable_tables

modprobe命令會自動載入指定模塊及其相關模塊。iptables_filter模塊會在運行時自動載入。

三、語法

1. 對鏈的操作

建立一個新鏈 (-N)。

刪除一個空鏈 (-X)。

改變一個內建鏈的原則 (-P)。

列出一個鏈中的規則 (-L)。

清除一個鏈中的所有規則 (-F)。

歸零(zero) 一個鏈中所有規則的封包字節(byte) 記數器 (-Z)。

2. 對規則的操作

加入(append) 一個新規則到一個鏈 (-A)的最後。

在鏈內某個位置插入(insert) 一個新規則(-I)，通常是插在最前面。

在鏈內某個位置替換(replace) 一條規則 (-R)。

在鏈內某個位置刪除(delete) 一條規則 (-D)。

刪除(delete) 鏈內第一條規則 (-D)。

3. 指定源地址和目的地址

通過--source/--src/-s來指定源地址(這裏的/表示或者的意思，下同)，通過--destination/--dst/-s來指定目的地址。可以使用以下四中方法來指定ip地址：

a. 使用完整的域名，如“www.linuxaid.com.cn”；

b. 使用ip地址，如“192.168.1.1”；

c. 用x.x.x.x/x.x.x.x指定一個網絡地址，如“192.168.1.0/255.255.255.0”;

d. 用x.x.x.x/x指定一個網絡地址，如“192.168.1.0/24”這裏的24表明了子網掩碼的有效位數，這是 UNIX環境中通常使用的表示方法。

缺省的子網掩碼數是32，也就是說指定192.168.1.1等效於192.168.1.1/32。

4. 指定協議

可以通過--protocol/-p選項來指定協議，比如-p tcp。

5. 指定網絡接口將

可以使用--in-interface/-i或--out-interface/-o來指定網絡接口。需要注意的是，對於INPUT鏈來說，只可能有-i，也即只會有進入的包；通理，對於OUTPUT鏈來說，只可能有-o，也即只會有出去的包。只有FORWARD鏈既可以有-i的網絡接口，也可以有-o的網絡接口。我們也可以指定一個當前並不存在的網絡接口，比如ppp0，這時只有撥號成功後該規則纔有效。

6. 指定ip碎片

在TCP/IP通訊過程中，每一個網絡接口都有一個最大傳輸單元(MTU)，這個參數定義了可以通過的數據包的最大尺寸。如果一個數據包大於這個參數值時，系統會將其劃分成更小的數個數據包(稱之爲ip碎片)來傳輸，而接收方則對這些ip碎片再進行重組以還原整個包。

但是再進行包過濾的時候，ip碎片會導致這樣一個問題：當系統將大數據包劃分成ip碎片傳送時，第一個碎片含有完整的包頭信息，但是後續的碎片只有包頭的部分信息，比如源地址，目的地址。因此假如我們有這樣一條規則：

iptables -A FORWARD -p tcp -s 192.168.1.0/24 -d 192.168.2.100 --dport 80 -j ACCEPT

並且這時的FORWARD的策略(policy)爲DROP時，系統只會讓第一個ip碎片通過，而丟掉其餘的ip碎片，因爲第一個碎片含有完整的包頭信息，可以滿足該規則的條件，而餘下的碎片因爲包頭信息不完整而無法滿足規則定義的條件，因而無法通過。

我們可以通過--fragment/-f選項來指定第二個及其以後的ip碎片，比如以上面的例子爲例，我們可以再加上這樣一條規則來解決這個問題：

iptables -A FORWARD -f -s 192.168.1.0/24 -d 192.168.2.100 -j ACCEPT

但是需要注意的是，現在已經有好多進行ip碎片攻擊的實例(比如向Win98 NT4/SP5,6 Win2K發送大量的ip碎片進行DoS攻擊)，因此允許ip碎片通過是有安全隱患的，對於這一點我們可以採用iptables的匹配擴展來進行限制，但是這又會影響服務質量，我們將在下面討論這個問題。

7. 指定非

可以在某些選項前加上!來表示非指定值，比如“-s -! 192.168.1.1/32”表示除了192.168.1.1以外的ip地址，“-p -! tcp”表示除了tcp以外的協議。

8. TCP匹配擴展

通過使用--tcp-flags選項可以根據tcp包的標誌位進行過濾，該選項後接兩個參數：第一個參數爲要檢查的標誌位，可以是SYN，ACK，FIN，RST，URG，PSH的組合，可以用ALL指定所有標誌位；第二個參數是標誌位值爲1的標誌。比如你要過濾掉所有SYN標誌位爲1的tcp包，可以使用以下規則：

iptables -A FORWARD -p tcp --tcp-flags ALL SYN -j DROP

選項--syn是以上的一種特殊情況，相當於“--tcp-flags SYN,RST,ACK SYN”的簡寫。

9. mac匹配擴展

可以使用-m選項來擴展匹配內容。使用--match mac/-m mac匹配擴展可以用來檢查ip數據包的源mac地址。只要在--mac-source後面跟上mac地址就可以了。比如：

iptables -A FORWARD -m mac --mac-source 00:00:BA:A5:7D:12 -j DROP

需要注意的是一個ip包在經過路由器轉發後，其源mac地址已經變成了路由器的mac地址。

10. limit匹配擴展

limit擴展是一個非常有用的匹配擴展。使用-m nat 來指定，其後可以有兩個選項：

--limit avg: 指定單位時間內允許通過的數據包的個數。單位時間可以是/second、/minute、/hour、/day或使用第一個字母，比如5/second和5/s是一樣的，都是表示每秒可以通過5個數據包，缺省值是3/hour。

　　--limit-burst number：指定觸發事件的閥值,缺省值是5。

看起來好像有點複雜，就讓我們來看一個例子：

假設又如下的規則：

iptables -A INPUT -p icmp -m limit --limit 6/m --limit-burst 5 -j ACCEPT

iptables -P INPUT DROP

然後從另一部主機上ping這部主機，就會發生如下的現象：

首先我們可以看到前四個包的迴應都很正常，然後從第五個包開始，我們每10秒可以收到一個正常的迴應。這是因爲我們設定了單位時間(在這裏是每分鐘)內允許通過的數據包的個數是每分鐘6個，也即每10秒鐘一個；其次我們又設定了事件觸發閥值爲5，所以我們的前四個包都是正常的，只是從第五個包開始，限制規則開始生效，故只能每10秒收到一個正常回應。

假設我們停止ping，30秒後又開始ping，這時的現象是：

前兩個包是正常的，從第三個包開始丟包，這是因爲在這裏我的允許一個包通過的週期是10秒，如果在一個週期內系統沒有收到符合條件的包，系統的觸發值就會恢復1，所以假如我們30秒內沒有符合條件的包通過，系統的觸發值就會恢復到3，假如5個週期內都沒有符合條件的包通過，系統都觸發值就會完全恢復。不知道你明白了沒有，歡迎你來信討論。

11. LOG目標擴展

netfilter缺省的目標(也就是一旦滿足規則所定義以後系統對數據包的處理方法)有：

ACEEPT：接收並轉發數據包

DORP：丟掉數據包

目標擴展模塊提供了擴展的目標。LOG目標提供了記錄數據包的功能。該目標擴展有以下幾個參數：

--log-level：指定記錄信息的級別，級別有debug、info、notice、warning、err、crit、alert、emerg分別對應7到0的數字。其含義請參看syslog.conf的man手冊。

--log-prefix：後接一個最長爲30個字符的字符串，該字符串將出現在每一條日誌的前面。

12. REJECT目標擴展

該目標擴展完全和DORP標準目標一樣，除了向發送方返回一個“port unreachable”的icmp信息外。

還有其他一些擴展是常用的，如果你想了解可以參考Packet-Filtering-HOWTO。當然，最直接獲得幫助的辦法是查看iptables的在線幫助，比如想得到關於mac匹配擴展的幫助可以執行“iptables -m mac -help”命令，想得到LOG目標擴展的幫助可以執行“iptables -j LOG -help”命令。

用iptales實現包過慮型防火牆(二)

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四、 iptables使用實例

首先讓我們看一下服務器/客戶機的交互原理。服務器提供某特定功能的服務總是由特定的後臺程序提供的。在TCP/IP網絡中，常常把這個特定的服務綁定到特定的TCP或UDP端口。之後，該後臺程序就不斷地監聽（listen)該端口，一旦接收到符合條件的客戶端請求，該服務進行TCP握手後就同客戶端建立一個連接，響應客戶請求。與此同時，再產生一個該綁定的拷貝，繼續監聽客戶端的請求。

舉一個具體的例子：假設網絡中有一臺服務器A(IP地址爲1.1.1.1)提供WWW服務，另有客戶機B(2.2.2.2)、C(3.3.3.3)。首先，服務器A運行提供WWW服務的後臺程序（比如Apache）並且把該服務綁定到端口80，也就是說，在端口80進行監聽。當B發起一個連接請求時,B將打開一個大於1024的連接端口(1024內爲已定義端口),假設爲1037。A在接收到請求後，用80端口與B建立連接以響應B的請求，同時產生一個80端口綁定的拷貝，繼續監聽客戶端的請求。假如A又接收到C的連接請求（設連接請求端口爲1071），則A在與C建立連接的同時又產生一個80端口綁定的拷貝繼續監聽客戶端的請求。如下所示，因爲系統是以源地址、源端口、目的地址、目的端口來標識一個連接的，所以在這裏每個連接都是唯一的。

服務器客戶端

連接1：a.b.c.1:80 <=> a.b.c.4:1037

連接2：a.b.c.1:80 <=> a.b.c.7:1071

每一種特定的服務都有自己特定的端口，一般說來小於1024的端口多爲保留端口，或者說是已定義端口，低端口分配給衆所周知的服務（如WWW、FTP等等），從512到1024的端口通常保留給特殊的UNIX TCP/IP應用程序，具體情況請參考/etc/services文件或RFC1700。

假設網絡環境如下：某一單位，租用DDN專線上網，網絡拓撲如下：

+--------------+

| 內部網段 | eth1+--------+eth0 DDN

| +------------|firewall|<===============>Internet

| 198.168.80.0 | +--------+

+--------------+

eth0: 198.199.37.254

eth1: 198.168.80.254

以上的IP地址都是Internet上真實的IP，故沒有用到IP欺騙。並且，我們假設在內部網中存在以下服務器：

www服務器：www.yourdomain.com 198.168.80.11

ftp服務器：ftp.yourdomain.com 198.168.80.12

email服務器：mail.yourdomain.com 198.168.80.13

下面我們將用iptables一步一步地來建立我們的包過濾防火牆，需要說明的是，在這個例子中，我們主要是對內部的各種服務器提供保護。

1. 在/etc/rc.d/目錄下用touch命令建立firewall文件，執行chmod u+x firewll以更改文件屬性，編輯/etc/rc.d/rc.local文件，在末尾加上 /etc/rc.d/firewall 以確保開機時能自動執行該腳本。

2. 刷新所有的鏈的規則

#!/bin/sh

echo "Starting iptables rules..."

#Refresh all chains

/sbin/iptables -F

3. 我們將首先禁止轉發任何包，然後再一步步設置允許通過的包。

所以首先設置防火牆FORWARD鏈的策略爲DROP：

/sbin/iptables -P FORWARD DROP

4.設置關於服務器的包過慮規則：

在這裏需要注意的是，服務器/客戶機交互是有來有往的，也就是說是雙向的，所以我們不僅僅要設置數據包出去的規則，還要設置數據包返回的規則，我們先建立針對來自Internet數據包的過慮規則。

WWW服務：服務端口爲80，採用tcp或udp協議。規則爲：eth0=>允許目的爲內部網WWW服務器的包。

###########################Define HTTP packets####################################

#Allow www request packets from Internet clients to www servers

/sbin/iptables -A FORWARD -p tcp -d 198.168.80.11 --dport www -i eth0 -j ACCEPT

FTP服務：FTP服務有點特別，因爲需要兩個端口，因爲FTP有命令通道和數據通道。其中命令端口爲21，數據端口爲20，並且有主動和消極兩種服務模式，其消極模式連接過程爲：FTP客戶端首先向FTP服務器發起連接請求，三步握手後建立命令通道，然後由FTP服務器請求建立數據通道，成功後開始傳輸數據，現在大多數FTP客戶端均支持消極模式，因爲這種模式可以提高安全性。FTP服務採用tcp協議。規則爲：eth0=>僅允許目的爲內部網ftp服務器的包。

############################Define FTP packets#####################################

#Allow ftp request packets from Internet clients to Intranet ftp server

/sbin/iptables -A FORWARD -p tcp -d 198.168.80.12 --dport ftp -i eth0 -j ACCEPT

EMAIL服務：包含兩個協議，一是smtp，一是pop3。出於安全性考慮，通常只提供對內的pop3服務，所以在這裏我們只考慮針對smtp的安全性問題。smtp端口爲21，採用tcp協議。eth0=>僅允許目的爲email服務器的smtp請求。

###########################Define smtp packets####################################

/sbin/iptables -A FORWARD -p tcp -d 198.168.80.13 --dport smtp -i eth0 -j ACCEPT

5. 設置針對Intranet客戶的過慮規則：

在本例中我們的防火牆位於網關的位置，所以我們主要是防止來自Internet的攻擊，不能防止來自Intranet的攻擊。假如我們的服務器都是基於linux的，也可以在每一部服務器上設置相關的過慮規則來防止來自Intranet的攻擊。對於Internet對Intranet客戶的返回包，我們定義如下規則。

#############Define packets from Internet server to Intranet#######################

/sbin/iptables -A FORWARD -p tcp -s 0/0 --sport ftp-data -d 198.168.80.0/24 -i eth0 -j ACCEPT

/sbin/iptables -A FORWARD -p tcp -d 198.168.80.0/24 ! -syn -i eth0 -j ACCEPT

/sbin/iptables -A FORWARD -p udp -d 198.168.80.0/24 -i eth0 -j ACCEPT

說明：第一條允許Intranet客戶採用消極模式訪問Internet的FTP服務器；第二條接收來自Internet的非連接請求tcp包；最後一條接收所有udp包，主要是針對oicq等使用udp的服務。

6. 接受來自整個Intranet的數據包過慮，我們定義如下規則：

#############Define packets from Internet server to Intranet server###############

/sbin/iptables -A FORWARD -s 198.168.80.0/24 -i eth1 -j ACCEPT

7. 處理ip碎片

我們接受所有的ip碎片，但採用limit匹配擴展對其單位時間可以通過的ip碎片數量進行限制，以防止ip碎片攻擊。

#################################Define fregment rule##################################

/sbin/iptables -A FORWARD -f -m limit --limit 100/s --limit-burst 100 -j ACCEPT

說明：對不管來自哪裏的ip碎片都進行限制，允許每秒通過100個ip碎片，該限制觸發的條件是100個ip碎片。

8. 設置icmp包過濾

icmp包通常用於網絡測試等，故允許所有的icmp包通過。但是黑客常常採用icmp進行攻擊，如ping of death等，所以我們採用limit匹配擴展加以限制：

#################################Define icmp rule##################################

/sbin/iptables -A FORWARD -p icmp -m limit --limit 1/s --limit-burst 10 -j ACCEPT

說明：對不管來自哪裏的icmp包都進行限制，允許每秒通過一個包，該限制觸發的條件是10個包。

通過以上個步驟，我們建立了一個相對完整的防火牆。只對外開放了有限的幾個端口，同時提供了客戶對Internet的無縫訪問，並且對ip碎片攻擊和icmp的ping of death提供了有效的防護手段。以下是完整的腳本文件內容，希望通過這個實例能是對iptables的用法有所瞭解：